жаростойкое покрытие
| Классы МПК: | C03C8/22 содержащие две или более различные фритты, имеющие разные составы |
| Автор(ы): | Солнцев Станислав Сергеевич (RU), Исаева Наталия Всеволодовна (RU), Швагирева Валентина Васильевна (RU), Соловьева Галина Анатольевна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2006-10-19 публикация патента:
10.07.2008 |
Изобретение относится к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 900°С. Технический результат изобретения заключается в повышении температуроустойчивости, термостойкости и прочности сцепления жаростойкого покрытия. Жаростойкое покрытие содержит следующие компоненты: SiO2 - 16,0-25,0; В2O3 - 3,5-4,0; Al 2O3 - 1,5-2,0; ВаО - 20,0-21,0; СаО - 2,5-3,0; TiO2 - 1,5-2,0; Cr 2O3 - 16,5-17,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO2 - 4,0-5,0; полиметилфенилсилоксан - 0,5-1,0; кремний-органическая смола - 11,5-12,5; ксилол - 10,0-11,0; SiB4 - 0,5-1,0; MoO3 - 1,0-1,5; Со2O3 - 2,0-2,5. Минеральное комплексное соединение на основе SiO 2 имеет следующий состав: SiO2 - 56,25-58,05; Al2O3 - 34,3-35,1; СаО - 1,0-1,2; MgO - 1,0-1,1; К 2O - 2,5-2,6; Na2O - 0,6-0,7; TiO 2 - 1,6-1,8; SO3 - 0,15-0,25; Fe 2O3 - 0,8-1,0; или SiO 2 - 35,25-40,05; Al2O 3 - 34,3-35,1; СаО - 1,0-1,2; MgO - 1,0-1,1; К 2O - 2,5-2,6; Na2O - 0,6-0,7; TiO 2 - 1,6-1,8; SO3 - 0,15-0,25; Fe 2O3 - 0,8-1,0; SiB 4 - 18,0-21,0. 3 табл.
Формула изобретения
Жаростойкое покрытие, содержащее SiO2 , В2O3, Al 2О3, ВаО, СаО, TiO 2, Cr2O3, минеральное комплексное соединение на основе SiO2, химического состава, в мас.%: SiO2 56,25-58,05; Al2O3 34,3-35,1; СаО 1,0-1,2; MgO 1,0-1,1; К2O 2,5-2,6; Na2O 0,6-0,7; TiO2 1,6-1,8; SO3 0,15-0,25; Fe 2O3 0,8-1,0; или SiO 2 35,25-40,05; А12O 3 34,3-35,1; СаО 1,0-1,2; MgO 1,0-1,1; К 2O 2,5-2,6; Na2O 0,6-0,7; TiO 2 1,6-1,8; SO3 0,15-0,25; Fe 2O3 0,8-1,0; SiB4 18,0-21,0; полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, SiB4, ксилол, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит МоО3, Со 2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 16,0-25,0; В 2O3 3,5-4,0; Al2 O3 1,5-2,0; ВаО 20,0-21,0; СаО 2,5-3,0; TiO2 1,5-2,0; Cr2 O3 16,5-17,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO2 4,0-5,0; полиметилфенилсилоксан 0,5-1,0; кремний-органическая смола 11,5-12,5; ксилол 10,0-11,0; SiB4 0,5-1,0; МоО3 1,0-1,5; Со2O3 2,0-2,5.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (створки, проставки, патрубки и др.) из жаропрочных железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 900°С, используемых в авиационной технике и в машиностроении.
Известно, что как в процессе изготовления, так и при эксплуатации изделий с жаростойкими покрытиями имеет место нарушение сплошности покрытий, что ослабляет их защитное действие. Для устранения отдельных сколов и других дефектов покрытия необходим повторный обжиг деталей, что приводит к разупрочнению защищаемых материалов. При возникновении мелких дефектов в процессе эксплуатации детали также повторно эмалируются и обжигаются.
Для устранения дефектов эмалевого покрытия необходимо применение жаростойких покрытий, формируемых при комнатной температуре.
Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, мас.%: фритта А: SiO2 35-50, В2 О 3-10, Al2О3 0-5 и/или Sb2O3, RO 0-5, R1 2O 15-30, TiO 2 20-30, ZnO 0,1-10, Fe2О 3 0-10, Cr2O3 , NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO2 40-60, B2O 3-10, Al2 О3 10-25, RO 10-30, R1 2O 0,1-10, Fe2O 3 0-10, Cr2O3 , NiO, MnO, CoO и/или CuO, где RO включает MgO, СаО, SrO и/или BaO, a R2O Na2O, K2O и/или Li2O, сырьевые материалы, выбранные из группы: кварц, полевой шпат, оксид циркония, волластонит, нефелин, сиенит и другие, а также необходимые количества добавок из группы Fe2O3 , Cr2O3, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO2 и их смесей. (WO 98/28236).
Известно покрытие следующего химического состава, мас.%:
SiO2 38-52,6, В2 O3 6,0-7,5 Al2O 3 18,0-20,0, BaO 7,0-9,0, СаО 3,5-7,5, MgO 0,9-2,0, TiO 2 2,5-4,0, Cr2O3 4,0-5,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO 2 5,5-6,5, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO2 содержит, мас.%: SiO 2 56,25-58,05, Al2О 3 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K 2O 2,5-2,6, Na2O 0,6-0,7, TiO 2 1,6-1,8, SO3 0,15-0,25, Fe 2О3 0,8-1,0 или SiO 2 35,25-40,05, Al2О 3 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K 2O 2,5-2,6 Na2O 0,6-0,7, TiO 21,6-1,8, SO3 0,15-0,25, Fe2 О3 0,8-1,0, SiB4 18,0-21,0. (Патент РФ №2163897).
Известно покрытие следующего химического состава, мас.%: SiO2 20,0-36,0, В2O3 4,0-5,0, Al 2О3 5,0-6,0, BaO 5,0-6,0, СаО 2,0-4,0, MgO 0,5-1,5, TiO2 1,5-2,5, Cr 2O3 15-17, минеральное комплексное соединение на основе SiO2 5,0-6,0, Na 2O 4,0-5,0, Р2O5 1,0-2,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8, кремний органическая смола 11,5-13,2, ксилол 9,0-11,0, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO2 содержит, мас.%: SiO2 56,25-58,05, Al2 О3 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K2O 2,5-2,6, Na 2O 0,6-0,7, TiO2 1,6-1,8, SO 3 0,15-0,25, Fe2O 3 0,8-1,0 или SiO2 35,25-40,05, Al 2О3 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K2O 2,5-2,6 Na2O 0,6-0,7, TiO2 1,6-1,8, SO 3 0,15-0,25, Fe2O 3 0,8-1,0, SiB4 18,0-21,0. (Патент РФ №2239616).
Известные составы покрытий обладают пониженными характеристиками по температуроустойчивости и прочности сцепления с железоникелевыми сплавами и коррозионностойкими сталями при рабочей температуре 900°С.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие состава, мас.%:
| SiO2 | 20,0-33,0 |
| В2 O3 | 4,0-5,0 |
| Al2О 3 | 7,0-8,0 |
| BaO | 7,0-8,0 |
| CaO | 4,0-5,5 |
| MgO | 0,5-1,5 |
| TiO2 | 1,0-2,2 |
| Cr 2O3 | 15,0-17,0 |
| минеральное комплексное | |
| соединение на основе SiO 2 | 5,0-6,0 |
| полиметилфенилсилоксан | 0,5-0,8 |
| кремнийорганическая смола | 11,5-12,5 |
| ксилол | 10,0-11,0 |
| SiB4 | 1,5-2,5 |
При этом минеральное комплексное соединение на основе SiO 2 содержит, мас.%:
| SiO2 | 56,25-58,05 |
| Al2 O3 | 34,3-35,1 |
| CaO | 1,0-1,2 |
| MgO | 1,0-1,1 |
| K2O | 2,5-2,6 |
| Na2O | 0,6-0,7 |
| TiO2 | 1,6-1,8 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
или
| SiO2 | 35,25-40,05 |
| Al2 O3 | 34,3-35,1 |
| CaO | 1,0-1,2 |
| MgO | 1,0-1,1 |
| K2O | 2,5-2,6 |
| Na2O | 0,6-0,7 |
| TiO2 | 1,6-1,8 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
| SiB4 | 18,0-21,0 |
(Патент РФ №2273609)
Недостатками покрытия-прототипа являются неудовлетворительные температуроустойчивость, прочность сцепления и термостойкость для железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей при температуре эксплуатации 900°С.
Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, термостойкостью и прочностью сцепления для железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей при температуре эксплуатации 900°С, формирующегося при комнатной температуре.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO2, В 2О3, Al2О 3, ВаО, СаО, TiO2, Cr 2О3, минеральное комплексное соединение на основе SiO2, химического состава, мас.%:
| SiO2 | 56,25-58,05 |
| Al2 O3 | 34,3-35,1 |
| СаО | 1,0-1,2 |
| MgO | 1,0-1,1 |
| K2O | 2,5-2,6 |
| Na2O | 0,6-0,7 |
| TiO2 | 1,6-1,8 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
или
| SiO2 | 35,25-40,05 |
| al2 о3 | 34,3-35,1 |
| СаО | 1,0-1,2 |
| MgO | 1,0-1,1 |
| K2O | 2,5-2,6 |
| Na2O | 0,6-0,7 |
| TiO2 | 1,6-1,8 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
| SiB4 | 18,0-21,0 |
полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, SiB4, ксилол, которое дополнительно содержит МоО3, Со 2О3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| SiO2 | 16,0-25,0 |
| В2 О3 | 3,5-4,0 |
| Al2O 3 | 1,5- 2,0 |
| BaO | 20,0- 21,0 |
| CaO | 2,5-3,0 |
| TiO 2 | 1,5-2,0 |
| Cr2O3 | 16,5-17,5 |
| минеральное | |
| комплексное | |
| соединение на | 4,0-5,0 |
| основе SiO 2 | |
| полиметилфенилсилоксан | 0,5-1,0 |
| кремнийорганическая | 11,5-12,5 |
| смола | |
| ксилол | 10,0-11,0 |
| SiB4 | 0,5-1,0 |
| МоО3 | 1,0-1,5 |
| Со 2O3 | 2,0-2,5 |
Авторами установлено, что введение окислов МоО3, Со2O 3, при заявленном соотношении и содержании компонентов жаростойкого покрытия позволяет устранять дефекты жаростойкого покрытия и в то же время упрочняет структуру покрытия за счет образования сложных соединений с элементами сплава, что позволяет повысить температуроустойчивость, термостойкость и прочность сцепления при температуре эксплуатации 900°С.
Примеры осуществления
Покрытие получали путем перемешивания компонентов при комнатной температуре в течение 5-10 минут до получения однородной массы. Покрытие наносили на дефектные места детали из железоникелевого сплава ЭИ-703 и стали 12Х18Н10Т мягкой кистью ровным слоем. После нанесения покрытия детали сушили на воздухе в течение 30 часов.
Составы предлагаемого покрытия №1, 2, 3 и прототипа №4 приведены в таблице 1. Составы минерального комплексного соединения на основе SiO2 приведены в таблице 2.
Свойства предлагаемых покрытий и покрытия-прототипа приведены в таблице 3.
Прочность сцепления (балл) определяли по методу решетчатого надреза путем анализа количества дефектов, в соответствии со специальной шкалой.
Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом на железоникелевом сплаве и коррозионностойкой стали при температуре эксплуатации 900°С, у предлагаемого покрытия соответственно повысилась температуроустойчивость в 1,5; 2,3 раза, прочность сцепления в 3; 2,5 раза, термостойкость в 1,5 раза.
Применение предлагаемого покрытия, формируемого при комнатной температуре, обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза.
| Таблица 1 Составы предлагаемых покрытий и покрытия-прототипа | |||||||||||||||
| № п/п | SiO2 | В2O3 | Al2O3 | BaO | CaO | TiO 2 | Cr2О 3 | Минеральное комплексное соединение на основе SiO2 | Полиметил-фенилсилоксан | Кремнийорганическая смола | SiB4 | Ксилол | МоО3 | Со 2О3 | MgO |
| 1 | 16,0 | 4,0 | 2,0 | 21,0 | 3,0 | 2,0 | 17,5 | 5,0 | 1,0 | 12,5 | 1,0 | 11,0 | 1,5 | 2,5 | - |
| 2 | 25,0 | 3,5 | 1,5 | 20,0 | 2,5 | 1,5 | 16,5 | 4,0 | 0,5 | 11,5 | 0,5 | 10,0 | 1,0 | 2,0 | - |
| 3 | 20,5 | 3,8 | 1,8 | 20,5 | 2,7 | 1,7 | 17,0 | 4,5 | 0,7 | 12,0 | 0,7 | 10,5 | 1,3 | 2,3 | - |
| 4 прототип | 25,6 | 4,5 | 7,5 | 7,5 | 5,0 | 2,0 | 16,0 | 5,5 | 0,7 | 12,0 | 2,0 | 10,5 | - | - | 1,0 |
| Таблица 2 Составы минерального комплексного соединения на основе SiO2 | ||||||||||
| № п/п | Компоненты, мас.% | |||||||||
| SiO 2 | Al2O 3 | CaO | MgO | К2О | Na2O | TiO 2 | SO3 | Fe2O3 | SiB4 | |
| 1 | 56,25 | 35,1 | 1,2 | 1,1 | 2,6 | 0,7 | 1,8 | 0,25 | 1,0 | - |
| 2 | 58,05 | 34,3 | 1,0 | 1,0 | 2,5 | 0,6 | 1,6 | 0,15 | 0,8 | - |
| 3 | 57,30 | 34,55 | 1,1 | 1,05 | 2,55 | 0,65 | 1,7 | 0,2 | 0,9 | - |
| 4 | 35,25 | 35,1 | 1,2 | 1,1 | 2,6 | 0,7 | 1,8 | 0,25 | 1,0 | 21,0 |
| 5 | 40,05 | 34,3 | 1,0 | 1,0 | 2,5 | 0,6 | 1,6 | 0,15 | 0,8 | 18,0 |
| 6 | 37,30 | 34,55 | 1,1 | 1,05 | 2,55 | 0,65 | 1,7 | 0,2 | 0,9 | 20,0 |
| Таблица 3 Свойства предлагаемых покрытий и покрытия-прототипа | |||||||||
| № п/п | Свойство | Предлагаемые составы | Прототип | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||
| ЭИ-703 | 12Х18Н10Т | ЭИ-703 | 12Х18Н10Т | ЭИ-703 | 12Х18Н10Т | ЭИ-703 | 12Х18Н10Т | ||
| 1 | Температуроустойчивость при 900°С, ч | 140 | 135 | 150 | 140 | 140 | 135 | 80 | 60 |
| 2 | Прочность сцепления, балл | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 5 |
| 3 | Термостойкость при 900°С, цк | 220 | 210 | 230 | 215 | 230 | 215 | 180 | 150 |
Класс C03C8/22 содержащие две или более различные фритты, имеющие разные составы